专利名称：使用发光二极管(led)作为光源的灯的制作方法
使用发光二极管(LED)作为光源的灯本发明涉及使用发光二极管(LED)作为光源的灯。具体地，涉及对 由发光二极管(LED)发出的光进行聚焦的方法。本发明还涉及灯。本发明预期尤其有利地适用于头灯，例如地下矿井中矿工使用的帽 灯，因此，在考虑本i兌明书时，尤其应当记住此类应用。本说明书中使用的术语头灯应被理解为头灯装置的一部分，该部分包 括该装置的光源，并且，该头灯装置用来被固定于用户的头部。按照本发明的一个方面，提供了对发光二极管(LED)发出的光进行 聚焦的方法，该方法包括^JtLED发出的光的至少一部分，4吏得^Ul射的 光辐射离开焦点，并且，在光^Ul射后，通过再次>^射所述光将其导向为 一光束，而将所述^L^射辐射的光的至少一部分聚焦成该光束。借助于一对反射面，可以实现由LED发出的光的部分离开焦点并形成 所述光束的>^射和导向， 一个>^射面为主>^射面，另一个il射面为二次反 射面，反射面中的每一个被成形为具有焦点，且反射面被相对对准和隔开， 4吏得它们的焦点重合以形成所述^L^射的光辐射远离的焦点。本说明书中使用的术语焦点应被理解为小的区域，该小区域小于发出 光的LED的区域，所述光从该小区域辐射出去，焦点优选在可行的情况下 尽可能小。由LED发出的光的部分的反射可以由主反射面实现，所述方法还包 括，在所述>^射的同时，将光导向为辐射离开焦点。在该光的部分辐射离开焦点后，可以借助于二次反射面对其聚焦。对由LED发出的所述光的部分进行导向以辐射离开焦点可以是，通过 使光穿过焦点，并从该焦点离开，辐射到二次反射面。或者，LED发出的 光的部分的反射可包括在所述LED发出的光到达焦点前对其进行拦截，并 反射所拦截的光，导向所述光的部分以使其辐射离开焦点是通过导向被截 取的光以使其从焦点向二次反射面辐射来实现的。由此，所发出的光的所 述部分到达焦点前被Jl射，使得其不穿过焦点，而是仅M该处辐射出去。将M射辐射的光聚焦成光束可以使得光束中的光^J^本准直，即， 光束被基本集中或聚焦。所述方法可包括反射LED发出的光的一部分以形成围绕光束的外围 光区。典型地，LED发出的光的小部分^LH射形成所述外围光区，所述外 围光区的强度比其所围绕的光束的低。所述方法可进一步包括允许LED发出的光的一部分被发射而不经反 射，所述光的未经^Jt的部分形成光束的一部分。在一些实施例中，所述 光的未经>^射的部分中的至少 一部分可形成外围光区的 一部分。按照本发明的另一方面，提供有灯，该灯具有用于面向朝前方向的可 操作的前端，并且该灯包括框架；发光二极管(LED)固定器，安M框架上，用于固定LED;主反射器，安装在框架上，并置于由所述固定器固定的LED发出的光 所沿的路径中，该主反射器具有用于反射所发出的光的至少一部分的主反 射面；以及二次反射器，安装在框架上，并相对于主反射器设置，使得由使用中 的主>^射器>^射的光^^射到二次>^射器上，该二次>^射器具有二次>^射 面，并且该二次反射面被成形用于沿灯的前向方向对反射到其上的光进行 反射，并用于将所述光聚焦成基 聚焦的光束。LED固定器可以相对于框架定位，以便在使用中由此被固定的LED被 导向为沿灯的大体前向方向发光，主反射器被设置在LED固定器的前面， 使得主反射面大体面对灯的后向方向，用于沿灯的大体后向方向反射由 LED在使用中发出的光的所述部分，而二次反射器被设置在主反射器的后 面以便二次反射面大体面对灯的前向方向，二次>^射器大体被成形为杯状 容纳由LED固定器固定的LED，主反射器比二次反射器小，允许被所述二 次反射面反射的所述基#聚焦的光束沿灯的前向方向绕过所述主反射灯可以具有沿灯的前后方向延伸的中心光轴，LED固定器被设置成使 得在使用中被由此固定的LED设置在中心光轴上，主反射面和二次反射面 关于中心光轴是同心的。主Jl射器和二次Jl射器可以被成形为，使得主反射面和二次反射面具 有大体为圓顶形的轮廓，主反射面和二次反射面中的每一个具有焦点，主 反射器和二次反射器被相对隔开，以便主反射面和二次反射面的焦点重 合，位于中心光轴上。主反射面可以具有凹入的圆顶形轮廓，沿灯的后向方向面向二次^Jt器和LED固定器，主反射器和二次反射器被相对隔开，以便主反射面和二 次反射面的焦点位于主反射面和二次反射面之间，并在被LED固定器固定 的LED的前面。可替代的是，主反射面可以具有凸起的圆顶形轮廓，沿头灯的后向方 向，朝向二次反射器和LED固定器，主反射器和二次反射器被相对隔开， 使得主反射面和二次反射面的焦点落在主反射器的前面，在主反射器的设 置了二次《^射器和LED固定器的那一相对的一侧。主jl射器可设置有关于中心光轴同轴且同心的圆形开口，用于允许由 LED固定器固定的LED发出的光的一部分沿灯的前向方向上发出，而不被 主反射器反射，形成所i^4^聚焦光束的一部分。在一些实施例中，主 反射器的开口可以足够大，使得未经反射的光的一部分形成围绕光束的外 围光区的一部分。由LED固定器固定的LED发出的光可基本上是锥形光。这样，在使用 中，由于主>^射器和二次>^射器的特定结构，基M聚焦的光束将有相对 高的强度，而围绕光束的外围光区将有相对低的强度。二次反射器可^L置有关于中心光轴同轴且同心的二次反射器开口 ， LED固定器容纳在该开口中，使得在使用中，由固定器固定的LED穿过二 次>^射器开口伸向灯的前端。二次反射器还可以具有至少一个第三反射面，每个第三^Jt面与中心 光轴同中心且具有大体凸起的轮廓，用于将由LED固定器固定的LED发出 的光的一部分反射在灯的前向方向，用于形成围绕所^J4^聚焦光束的 外围光区。当然，每个第三哀Jt面通常面向灯的前向方向，用于将>^射光 导向到在灯的大体前向方向。有利的是，二次反射器可具有两个第三反射面， 一个第三反射面构成 二次反射器开口的框架，另一个第三反射面构成二次反射面的框架，因而 二次反射面在两个第三反射面之间被放射状地设置。所述灯还可以包括透明的护罩，典型地是圆形护罩，其位于在LED固 定器和二次>^射器前面的灯的前端处，在4吏用中，光穿过该护罩向灯的前 向方向发出，护軍具有面向LED固定器和二次反射器的内表面，以及背对 LED固定器和二次反射器的外表面。主反射器可安装在护罩上，其被设置在护軍的内表面上。替代的是， 主反射器可以与护軍整体形成，该主反射器被设置在护軍的内表面上。护罩的内和外表面可以是平坦的。可替代的是，这些表面的任一个或 两者都可以是弯曲的，以有助于产生聚焦良好的光束。所述灯可以进一步包括提供灯的框架的外軍，该外革具有提供灯的前 端的前端，且该外軍限定了朝灯的前端打开的空腔，LED固定器、主>^射 器和二次反射器被容纳于该空腔中，护軍闭合该空腔的开口。所述灯还可以包括至少一个密封件，用于密封外軍的空腔内部，使其 与外軍的周围隔离。所述灯可以是用于固定在用户头部的头灯的形式，灯的框架设置有用 于将头灯固定在用户头部的固定构造。在具体实施例中，所述灯为用于固定在矿工的安全帽上的帽灯的形 式，所述灯通过安全帽被固定到用户的头部。所述灯还可以进一步包括LED,该LED被LED固定器固定。按照本发明的又一方面，提供有灯装置，该灯装置包括如上文中所描 述的具有LED固定器的灯，以及工作中连接到灯用来给被固定器固定的 LED提供能量的电池。所述装置可以是头灯装置，该装置包括由LED固定器固定的LED。当然，头灯装置还可以包括工作中连接到电池和LED固定器的开关， 用于切断和接通到LED的电源。所述电池可以是可再充电的电池，例如锂基电池。按照本发明的再一个方面，提供有用于灯的务降，该套件包括主>^射 器和二次反射器，如上文中结合灯所描述的主^Jtt器和二次反射器。套件可以进一步包括用于固定LED的LED固定器，如上文中结合灯所 描述的固定器。套件还可以包括护罩，如上文中结合灯所描述的护罩，可选地，主反 射器安装在该护軍上，或者与护罩R形成。套件还可进一步包括用于容纳在二次反射器周围的至少一个环形密 封件。
如果期望，套件还可以包括扩散体或类似的适当光散射器件，用于在使用中扩散或^L射LED发出的光。虽然按照本发明的所述灯在本说明中主要被描述为头灯，但是应理解 所述灯能够同样有利地使用在闪光灯或手电筒等等环境中。以下结合非限制性示例，参考所附概略图来对本发明进行描述。在图中
图1示意性地示出了按照本发明的灯的部分轴截面图；图2示意性地示出了图1中示出的灯的^Mt的线路图；图3示意性地示出了包括按照本发明的灯的头灯装置；图4示意性地示出了按照本发明的灯的另一个实施例操作的线路图；图5示意性地示出了按照本发明的灯的又一实施例的部分轴截面图；以及图6示意性地示出了图5中示出的灯的^Mt的线路图。参考附图中的图1，按照本发明的灯总体上由附图标记10标示。在 该示例中，灯10呈头灯的形式，更具体地，该灯呈帽灯的形状，用于固 定于在地下矿井中使用的安全头盔上。为了易于参考，灯10在下文中被 称为头灯IO。头灯10具有工作的前端11，且包括具有中心光轴14的外罩或外壳 12 (在图1中部分地概念化示出)，所述中心光轴14沿头灯IO和外軍12 的前后方向延伸。外罩12是两部分结构，包括限定外罩12中的空腔18 的壁16 (在图1中仅部分示出)，沿头灯10的前向方向开口的所述空腔 18，以及容纳于壁16的前端之上的闭合环19。外罩12是传统的头灯外 罩或外壳，因此不做进一步描述。头灯10还包括透明安全玻璃护罩20。 护罩20隔离空腔18，且借助于上述的闭合环19保持在适当的位置。护 罩20具有面对空腔18的内表面22，以及在头灯10的前向方向上背离空 腔18的外表面24。头灯10还包括大体上杯状的或凹入的圆顶状的二次^^射器26，该二 次反射器26设置有面向头灯10的前向方向的凹入的椭圆形轮廓的二次反 射器表面28。 二次反射器26可移除地在空腔18中安装于外罩12上，其 通it^壁16释放闭合环19然后除去护軍20而可除去。具有基部33的发 光二极管(LED) 30在空腔18中安装于外罩12上，LED 30通过在空腔18的后端安装在外軍12上的铝LED固定器31而安装在外軍12上，且被 容纳在二次反射器26上提供的中心开口 32中，从而LED 30由固定器31 固定。LED 30的基部33的中心位于中心光轴14上。头灯IO还包括安装在护軍20上且设在其内表面22上的主反射器34。 这样，主反射器34被设置在空腔18中。而且，主反射器34被设置有凹 入的椭圆形轮廓的主>^射面36，且被定向为使得反射面36朝向头灯10 的后向方向且面向LED 30和二次^^射面28。主>^射器34 i殳置有中心开 口 38，其目的在下文中描述。主反射器34和二次反射器26两者都是合成塑^件或模塑物，它们 各自的反射面28、 36通过在铸件或模塑物上提供的反射4l^ir涂层来提 供。当然，在其它示例中，所述涂层可以是任何其它适合的反射涂层，例 如铝涂层。在图中，反射涂层被显示为分别被施加于二次反射器26的前 向导向面和主及Jt器34的后向导向面。在其它实施例中(未示出)，Jl射 器26、 34可由半透明的材料构造，例如合成塑料或玻璃，在此情形下， 上述的反射涂层可分别被施加于二次反射器26的后向导向面或外部面， 以及主^^射器34的前向导向面或外部面，主>^射器34为壳状结构，4吏得 其所述前向导向面或外部面具有对应这里所描述的灯的主>^射面36的轮 廓。从而，在使用中，光线在其^^射前和反射后穿过>^射器26、 34的半 透明部分。如从图1可以看到的，LED固定器31和LED 30被设置在中心光轴14 上，且二次及^射面28和主^Jt面36两者关于中心光轴14同心。更具体地，二次^Jt面28围绕LED 30并成杯状容纳(cup) LED 30， 且主反射面36被设置在LED 30的前面。头灯10还包括环形密封件37，该环形密封件37在壁16和外罩12 的闭合环19，以及护罩20的内部面22之间提供密封。这样，密封件37 将头灯10的内部与其周围隔离开。附图中的图2示出了头灯10的光操作，且部分地概念化地示出了二 次反射面28、 LED 30和主反射面36的线路图，在下文中详细描述的由 LED 30发出的抽象的光线也显示在图2中。当LED 30加电时，其在头灯10的大体上前向的方向上发光。按照 LED的本质，该发出的光通常为锥形光。为说明目的，在图2中示出了三 条抽象的光线，这些光线分别被编号为A、 B和C。虽然没有显示，但是LED 30发出的光的一部分穿过主反射器34中的中心开口 38以及护軍20 (图2中没有示出)。光线A、 B和C碰到主反射面36上并被反射，通过 焦点N (其是主^Jt面36和二次^Jt面28的公共焦点)回到二次>^射面 28。反射面28、 36被定形为^吏得其每一个都有焦点，反射器26、 34相对 隔开以〗更如以上所预示的，>^射面28、 36的焦点重合，位于上述的点N 和中心光轴14上。光线A、 B和C被>^射的部分分别被编号为A，、 B，和C，。 然后，祐^^射的部分A，、 B，和C，通过二次反射面28^L^射和导向到头灯 10的前向方向并穿过护革20，光线的所述^L^射和导向部分分别被编号 为A"、 B"和C"。由于光线A，、 B，和C，基本穿过焦点N，这在下文中会更 为明显，因此光线A"、 B"和C"基本被准直，基本平行于中心光轴14。具体来讲，发出的光线A被投射到主反射面36上，具体是在主反射 面36上的位置D，光线从位置D祐^^射，通过焦点N反射回到二次反射 面28上的位置E,如线A，所示。二次>^射面28将光线A反射并导向到头 灯10前面的位置F，如线A，，所示。依次，光线B以比光线A相对中心光 轴14更小的角度被投射到主反射面36上的位置G，光线从位置G祐反射， 通过焦点N >^射回到二次>^射面28上的位置H，如线B，所示。然后，二 次>^射面28将光线B^^射并导向到头灯10前面的位置J，如线B"所示。 依次，光线C以比光线B相对中心光轴14更小的角度被投射到主^^射面 36上的位置K，光线从位置K ^L^射，通过焦点N反射到二次反射面28 上的位置L,如线C，所示。然后，二次>^射面28将光线C >^射和导向到 头灯10前面的位置M,如线C"所示。从图2中可以看出，如所描述的，光线的被反射部分A，、 B，和C，基本 经过焦点N，该焦点位于主^Jt面36和LED 30之间。焦点N在LED 30 的前面。因此，当被反射光经过焦点N时，在点N形成将光发出到二次反 射面28上的单个概念点光源。这样，利用二次反射面28和LED 30以及主^Jt面36的特定结构和 相对定位，基本上被集中或被聚焦的(被准直的)光束向头灯10沿头灯 IO的前向方向发出，如线路A"、 B"和C"所概念化示出的那样。主反射器34的大小及其距离LED 30的间隔使得，与由LED 30发出 的光之中被主反射面36反射的发出光的部分相比相对小的部分绕过主反 射器34，即未被主反射面36反射。所勤目对小的部分的光从而以相对中 心光轴14相对宽的角度沿头灯10的前向方向发出，以形成围绕被集中或 被聚焦光束的相对低强度光的外围光区。如果期望，头灯10还可以包括
安装在主反射器34的中心开口 38的前面的护軍20上的散射器镜头(未 示出)，用于散射穿过中心开口 38的发出光的部分。散射镜头将被构造并 被导向成使得穿过开口 38的光的所述部分将祐Jt射，所以所述被"^射部 分的至少 一部分形成上述围绕被集中或被聚焦光束的外围光区。如所提及的，二次反射面28和主反射面36两者的横断面图通常具有 椭圆形横断面轮廓，由此主>^射面36和二次反射面28两者共享上述的焦 点N。在该示例中，不受理论限制，相对于特定表面的顶点，二次反射面 28和主反射面36的椭圆形横断面轮廓可通过以下等式描述= y2/(Rad) z一 1+,(1+cc);y/Rad)'其中y是距离中心光轴14并通过LED 30的基部33的中心的径向距离； z是距离包含特定表面的顶点的平面平行于中心光轴14的轴向距离；Rad A^射面的标称半径，单位为毫米，在本示例中对于主反射面36， 该值为-6.4毫米，对于二次>^射面28，该值为24. l亳米；以及cc是圆锥常数，在本示例中，对于主反射面36，该值为-0.28，对于 二次反射面28，该值为-0.77毫米；此外，在该示例中，二次^^射面28的边缘处的直径P为45毫米，主 Jl射面36的直径Q为13.6亳米。在该示例中，二次^Jt器26中的开口 32具有12亳米的直径R,主Jl射器34的中心开口 38具有2毫米的直径。 在该示例中，护罩20具有4毫米的厚度，二次反射面28的基部和主^Jt 面36的基部之间的距离S是15. 5毫米，其中，LED 30的基部33与护罩 20的内表面22相隔12. 8毫米的距离T,与二次反射面28的基部相隔3. 7 亳米的距离。在该示例中，LED 30是LXHL-PW01 LED。现在参考附图中的图3，按照本发明的头灯装置整体由附图标记50 标示。当在地下矿井环境中使用时，头灯装置50相应呈帽灯装置的形式。 头灯装置50包括如在上文中描述的头灯IO，以及用于给头灯10的LED 30 供应能量的可充电锂电池52 (仅概念化示出)。电池通过电缆54连接到 LED 30。此外，如常规的头灯或帽灯技术，头灯装置50还包括用于接通 或切断从电池52到LED 30的电源的开关56 (仅概念化示出)。此外，头 灯10的外罩12设置有用于在地下采矿环境中将头灯10固定到安全头盔 (未示出)的传统固定构造58 (仅概念化示出)。电池52设置有夹子或吊钩60 (仅仅概念化示出)，通过它，电池52 可以被夹在或吊在头灯装置50的用户的腰带或装备(未示出)上。经过改进，电池52可以被并入安装于护軍20上的头灯10中，或者 在空腔18内，或者在空腔18外。替代的是，电池52可以被安装在使用 中头灯IO被固定在其上的矿工帽子上，或者甚至可以合并到这样的帽子 中。在这种情形中，应理解，线缆54可以被其它电导线或触点代替。附图中的图4示出了按照本发明的灯的另一个实施例的光操作，且部 分和概念化地示出了灯的该实施例的线路图，其中仍由附图标记28指示 二次及Jt面、仍由附图标记30标示LED以及仍由附图标记36标示主反射 面。图4中示出的灯的那些部件整体由附图标记70指示，并且为了易于 参考，灯的该实施例在下文中被称为灯70。 LED 30发出的抽象的光线也 在图4中被示出，该光线由A标示，且在下文中被更详细描述。灯70的主反射器34具有凸处的圆顶形轮廓，被定向成使得其主>^射 面36 (在这个示例中，其具有椭圆形横断面轮廓)面向灯70的后方，即 面向LED 30和二次Jl射器26。另外，二次反射器26的曲率以及主^^射 器34相对于二次反射器26的间距使得反射面28、 36的公共焦点(也标 记为N)的落在主^Jt器34的前面，即，朝向主^Jt器34的不同于LED 30 以及二次jl射器26的一侧的另一侧。因而，在该实施例中，LED 30发出的光在到达公共焦点N之前被主 反射器34拦截。因而，LED 30发出的光线A在到达焦点N之前碰到主反 射面36上的点D处。主^Jt面36将光线A Jl射到二次^Jt面28上的点 E，光线A的所述^L^射部分由A，指示。由于两个^^射器26、 34的特定 曲率以及它们的相对间距，光线A的A，部分从焦点N辐射到二次^Jt面 28上的点E，而不穿过焦点N。然后，光线A，即由A，指示的那部分被二 次反射面28反射到灯70前面的点F，^L^射光线A的所述部分由A"标示。 可以看出，光线A，当其离开灯70时，即A"部分基本平行于中心光轴14。头灯10和灯70之间除上述区别之外，灯70类似于头灯10来构造和 操作，因此，不再对灯70进行进一步描述。图5示出了按照本发明的灯的又一实施例，在这个图中示出的灯由附 图标记80标示。灯80还是呈头灯的形式。灯80在某些方面类似于头灯10，因此，除非另外指出，用于标记头灯10的部件或特征的附图标记被 用来指示灯80中类似的部件或特征。在图5示出的示例中(参考描述反射器26、 34的横断面轮廓的上述 等式)，对于主^Jt面36， Rad的值是-7.439毫米，对于二次>^射面28， Rad的值是22. 333毫米。在本示例中，对于主反射面36，圆锥常数cc的 值为-0.171,对于二次反射面28,其值为-0. 973。除二次反射面28之外，灯80的二次反射器26被定形为还包括或限 定分别由参考数字82和84标示的第一和第二第三反射面。第一第三^^射 面82构成二次反射器26的中心开口 32的框架，第二第三反射面84构成 二次反射面28的框架。二次反射面28因而被径向设置在第一和第二第三 反射面82、 84之间。第三反射面82具有凸起的圆顶形或扭隨圆锥形轮廓，第三反射面84 具有凸起的圆顶形轮廓，并且与二次>^射面28—样，两者关于中心光轴 14是同心的。在该实施例中，灯80包括用于将空腔18相对于灯80的周围环境封 闭隔离的两个密封件。这些密封件中之一以0形环86的形式设置在壁16 的前端和二次反射器26之间，二次反射器26设置有凹处，所述0形环 86坐落于其中。另一个密封件也是O形环的形式，由附图标记88标示， 坐落于二次反射器26提供的外围凹处内，0形环88被定位和保持在反射 器26与护罩20的内表面22之间。在该实施例中，护罩20的外面24呈轻微凸起形，以辅助进行对LED 30发出光的聚焦。另外，在该实施例中，主反射器34的开口 38的直径稍微大于头灯 10的主反射器34的直径。灯80的主反射器34与头灯10的主反射器34 的不同之处还在于，其被定成形为使得主^Jt面36的操作的后部，即， 主反射面36最接近LED 30的那部分是圆锥形，近似圆柱形。除上述区别外，灯80的构造大致类似于头灯10，因此不再对灯80 的构造进行进一步描述。附图中的图6示出了灯80的光操作，并部分和概念化示出了灯80的 二次反射面28、 LED 30以及主^Jt面36的线路图。LED发出的概念光线 也在图6中示出，其在下文中被详细描述。为说明目的，图6示出了六条概念光线，这些光线分别被编号为O P、 Q、 R、 S和T。虽然没有这样标示，但是应理解，LED 30发出的光的 一部分沿着中心光轴14沿灯80的前向方向穿过主>^射器34的中心开口 38,以在使用中形成由灯80所提供的被集中或被聚焦光束的一部分。光线O从LED 30以相对宽的角充良出，使得其碰到第二第三Jl射面 84上，光线O从该表面被反射穿过中心光轴14，被反射光线O的所述部 分由O，指示，以形成围绕灯80的被集中或被聚焦光束的外围光区的一部 分。光线P以比光线0相对于中心光轴14的相对更小的角度从LED 30发 出，并碰到前述的主反射面36的圆锥形、近似圓柱形的后部，从那里其 ^Ul射穿过主^Jt器34的中心开口 38，光线P的祐^^射部分由P，指示。 从而，光线P的被>^射部分P，形成了上述的外围光区的一部分。光线Q 以比光线P相对于中心光轴14相对更小的角度从LED 30发出，并碰到主 反射面36的圆顶形轮廓部分，从那里其被向后反射，通过公共焦点N反 射到二次反射面28上，由Q，标示。然后，光线Q的Q，部分被二次反射面 28沿灯的前进方向、平行于中心光轴14反射。被二次反射面28反射的 光线Q的所述部分由Q"标记，并形成上述的灯80的被集中或被聚焦光束 的一部分。光线R以比光线Q相对于中心光轴14更小的角度从LED 30发 出，并碰到主反射面36上的距离主反射器34的中心开口 38接近的位置 处。光线R被主反射面34反射的部分由R，标记，并祐^Jt回第一第三反 射面82，从那里其被反射到二次反射面28上，由R"标示。二次反射面 28沿灯80的前进方向，以相对于中心光轴14的相对宽的角JL^射光线R, 该光线的所述^L^射的部分由R"，标示。这样，在前述的其反射之后，光 线R也形成外围光区的一部分。依次，光线S以相对于中心光轴14非常 小的角度由LED 30发出，以至于其通过主反射器34的中心开口 38而没 有被反射。从而，光线S也形成前面描述的外围光区的一部分。最后，光 线T以比光线O相对于中心光轴14更大的角度^Ul射，该角度使得光线 T碰到在第一第三^^射面82上紧邻二次^^射器26的开口 32处。然后， 第一第三反射面82沿灯80的前向方向>^射光线T，光线T的所述#^射 的部分由T，标记。^L^射的光线T，相对于中心光轴14的角度使得光线T， 穿过主反射器34的中心开口 38而未^L^射，因此其穿过中心光轴14， 形成外围光区的一部分。当然，^|1据>^射面的形状和相对位置，前面描述 的概念光线的每一个的反射结合所述光线的同时导向，从而实现了所述光 束和周围的外围光区。由于反射器26、 34的特定构造和相对间距，LED 30发出的光的大部 分碰到在主反射面36的圆顶形轮廓上并大致跟随与光线Q相同的路径， 即，穿过焦点N,形成被集中或被聚焦的光束。这样，相对于围绕的外围 光区，被集中或被聚焦光束将是相对高强度的光束，而外围区域为相对低 强度的区域。由于光线S和T离开灯80的前端时相对于中心光轴14的角度，光线 S和T形成围绕被集中或被聚焦光束的中密度外围区域。依次，同样由于 光线Q、 P和R离开灯80的前端时相对于中心光轴14的角度，光线Q、 P 和R提供围绕前述的中强度光区的相对低强度的外围区域。如所描述和阐述的，本发明因而提供一种头灯，该头灯使用LED作为光源，并发出基本上被集中或被聚焦的相对高强度的光束，以;M目对低强度的围绕被集中或被聚焦光束的外围光束或区域。本发明的优势是，由于LED发出的光以相对有效的方式被集中或聚焦， 如所描述和阐述的头灯装置的电池可以比用来给使用效率低的光学装置的 头灯光源供应能量的电池更小，从而更轻，而不会有害地影响电池充电的间 隔。
权利要求
1.对发光二极管(LED)发出的光进行聚焦的方法，所述方法包括反射由所述LED发出的光的至少一部分，使得被反射的光辐射离开焦点，且在所述光被反射后，通过再次反射被反射的辐射光的至少一部分以将其导向为一光束而使所述光聚焦成该光束。
2. 如权利要求l所述的方法，其中，将所述LED发出的光的所述部分 反射和引导离开所述焦点并形成所述光束4_借助于一对>^射面来实现的， 一个>^射面为主>^射面，另一个反射面为二次>^射面，所述^Jlt面中的每 一个被成形为具有焦点，且所述反射面被相对对准并隔开，4吏得它们的焦 点重合以形成所述3iL^射的光辐射离开的所述焦点。
3. 如权利要求2所述的方法，其中，由所述LED发出的光的所述部分 的反射由主^^射面来实现，所述方法包括，在所述反射的同时，将所述光 导向为辐射离开所述焦点。
4. 如权利要求3所述的方法，其中，在所述光的所述部分辐射离开所 述焦点后，借助于二次反射面对所述光的所述部分进行聚焦。
5. 如权利要求4所述的方法，其中，对所述LED发出的光的部分进行 导向以使其辐射离开所述焦点是通过使光穿过所述焦点，并从所述焦点离 开，然后辐射到所述二次反射面来实现的。
6. 如权利要求4所述的方法，其中，所述LED发出的光的所述部分的 所述^Jt包括在所述LED发出的光到达所述焦点前，对其进行拦截，并 反射所拦截的光，对所述光的部分进行导向以使其辐射离开所述焦点是通 过导向所截取的光，使其从所述焦点向所述二次>^射面辐射来实现的。
7. 如前述权利要求中任一个所述的方法，其中，将所述^^^射的辐射 的光聚焦成光束是使得光束中的光被基本准直。
8. 如前述权利要求中任一个所述的方法，其包括，反射由所述LED发 出的所述光的一部分以形成围绕所述光束的外围光区。
9. 如前述权利要求中任一个所述的方法，包括，允许由所述LED发出 的所述光的一部分M射而不经^Jt,所述光的未经>^射的部分形成所述 光束的一部分。
10. 具有面向前向方向的可IMt的前端的灯，该灯包括 框架； 发光二极管(LED)固定器，安装在所述框架上，用于固定LED;主反射器，安^所述框架上，并置于由所述固定器固定的LED发出 的光所沿着的路径中，所述主反射器具有用于反射所发出的光的至少一部 分的主>^射面；以及二次反射器，安装在所述框架上，并相对于所述主反射器设置，使得 在使用中，所述主反射器反射的光^ML^射到所述二次反射器上，所述二次 反射器具有二次反射面，并且所述二次反射面被成形为沿所述灯的前向方 向对反射到其上的光进行反射，并用于将所述光聚焦成基本被聚焦的光 束。
11. 如权利要求10所述的灯，其中，所述LED固定器被相对于所述框 架定位，使得在使用中由此固定的LED被导向为沿所述灯的大体前向方向 发光，所述主反射器被设置在所述LED固定器的前面，使得所述主反射面 大体面对所述灯的后向方向，用于沿所述灯的大体后向方向反射由所述 LED在4吏用中发出的所述光的所述部分，而所述二次反射器祐 没置在所述 主>^射器的后面，使得所述二次反射面大致面向所述灯的前向方向，所述 二次反射器大体被成形为以杯状容纳由所述LED固定器固定的LED,所述 主>^射器比所述二次>^射器小，以允许被所述二次反射面反射的基#聚 焦的光束沿所述灯的前向方向绕过所述主^Jt器。
12. 如权利要求ll所述的灯，其具有沿所述灯的前后方向延伸的中心 光轴，所述LED固定器被设置成使得在使用中被由此固定的LED位于所述 中心光轴上，且所述主反射面和所述二次反射面关于所述中心光轴是同心 的。
13. 如权利要求12所述的灯，其中，所述主反射器和所述二次反射器 被成形为使得所述主反射面和所述二次反射面具有基本上为圆顶形的轮 廓，所述主反射面和所述二次反射面中的每一个具有焦点，且所述主^^射 器和所述二次反射器被相对隔开，使得所述主反射面和所述二次反射面的 焦点重合，位于所述中心光轴上。
14. 如权利要求13所述的灯，其中，所述主反射面具有凹入的圆顶形 轮廓，沿所述灯的后向方向面向所述二次反射器和所述LED固定器，所述 主反射器和所述二次反射器被相对隔开，使得所述主反射面和所述二次反 射面的焦点位于所述主反射面和所述二次反射面之间，并在被所述LED固 定器固定的LED的前面。
15. 如权利要求13所述的灯，其中，所述主反射面具有凸起的圆顶形 轮廓，沿所述头灯的所述后向方向面向所述二次>^射器和所述LED固定 器，所述主>^射器和所述二次>^射器^1相对隔开，4吏得所述主>^射面和所 述二次反射面的所述焦点落在所述主>^射器的前面，在所述主>^射器的与 设置了所述二次反射器和所述LED固定器的一侧相对的一侧。
16. 如权利要求13至15中任一个所述的灯，其中，所述主反射器设 置有关于所述中心光轴同轴且同心的圆形开口，用于允许由所述LED固定 器固定的LED发出的光的一部分沿所述灯的前向方向发出，而不被所述主 反射器反射，形成所U本故聚焦的光束的一部分。
17. 如权利要求13至16中任一个所述的灯，其中，所述二次及^射器 设置有关于所述中心光轴同轴且同心的二次反射器开口，且所述LED固定 器容纳在所述开口中，使得在使用中，由所述固定器固定的LED穿过所述 二次>^射器开口伸向所述灯的前端。
18. 如权利要求17所述的灯，其中，所述二次>^射器具有至少一个第 三反射面，每个第三反射面关于所述中心光轴同心，且具有大体凸起的轮 廓，用于沿所述灯的大致前向方向反射由所述LED固定器固定的LED发出 的光的一部分，用于形成围绕所述基4*聚焦的光束的外围光区。
19. 如权利要求18所述的灯，其中，所述二次反射器具有两个第三反 射面， 一个第三反射面构成所述二次>^射器开口的框架，而另一个第三反 射面构成所述二次反射面的框架，使得所述二次反射面被径向设置在所述 两个第三及Jt面之间。
20. 如权利要求10至19中任一个所述的灯，其包括透明的护軍，所 述护罩设置在所述LED固定器和所述二次反射器前面的所述灯的前端处， 且在4吏用中，光穿过所述护罩沿所述灯的前向方向发出，所述护罩具有面 向所述LED固定器和所述二次反射器的内表面，以及背对所述LED固定器 和所述二次>^射器的外表面。
21. 如权利要求20所述的灯，其中，所述主反射器被安装在所述护罩 上，其被设置在所述护罩的内表面上。
22. 如权利要求20所述的灯，其中，所述主^Jt器与所述护罩整体形 成，所述主反射器被设置在所述护罩的内表面上。
23. 如权利要求20至22中任一个所述的灯，其包括提供所述灯的所 述框架的外軍，所述外罩具有提供所述灯的所述前端的前端，且所述外罩限定了朝所述灯的所述前端开口的空腔，且所述LED固定器、所述主Jl射 器和所述二次反射器被容纳于所述空腔中，所述护罩闭合所述空腔的开 cr 。
24. 如权利要求23所述的灯，其包括至少一个密封件，用于密封所述 外罩的空腔内部，使其与所述外革的周围隔离。
25. 如权利要求10至24中任一个所述的灯，其为用于固定于用户头 部的头灯的形式，所述灯的框架设置有用于将所述头灯固定于用户头部的 固定构造。
26. 如权利要求25所述的灯，其为用于固定到矿工的安全帽上的帽灯 的形式，所述灯通过所述安全帽被固定到用户的头部。
27. 如权利要求10至26中任一个所述的灯，其包括LED,所述LED被 所述LED固定器固定。
28. 基本如在此所描述和说明的如权利要求1所述的对LED发出的光 进行聚焦的方法。
29. 基本如在此被描述和说明的如权利要求10所述的灯。
全文摘要
本发明涉及使用发光二极管(LED)(30)作为光源的灯(80)。该灯包括框架(12)；以及LED固定器(31)，其安装在所述框架上，用于固定LED；主反射器(34)，具有用于反射由LED所发出的光的至少一部分的主反射面(36)，其安装在所述框架上，并设置在LED发出的光所沿的路径上；二次反射器(26)，其也安装在所述框架上，并相对于所述主反射器设置，使得由主反射器反射的光被反射到二次反射器上，所述二次反射器具有至少二次反射面(28)，该二次反射面被成形为使得沿灯的前向方向对反射到其上的光进行反射，并用于将所述光聚焦成基本上被聚焦的光束。本发明延伸到对LED所发出的光进行聚焦的方法。
文档编号F21V7/00GK101156023SQ200680011051
公开日2008年4月2日 申请日期2006年2月27日 优先权日2005年3月1日
发明者蒂曼·内格尔, 雅各布斯·菲利普斯·莫尔曼 申请人:Hd发展(控股)有限公司